Wagner & Co, first passive office building

Proceedings Passiefhuis-Symposium 2005

Wagner & Co, first passive office building

I1 Klaus Schweitzer Wagner & Co, Germany

ABSTRACT The first passive solar office building in Europe was built in Cölbe (Germany) by the Wagner & Co Solar Company in September 1998 with a gross floor area of 2180 m². Due to the design of the building with high insulation, with airtight construction and for passive solar capture, it has a low heat demand of 13 kWh/m²a. To cover and distribute this heat demand in the house, no conventional heating facilities were installed, but an active ventilation system and an active solar heating system. The active ventilation system is designed to maintain an air exchange rate of only 1 h-1 to meet the hygienic demand. It consists of an earth heat exchanger, a heat recovery system and several water-air heat exchangers. The water-air heat exchangers are fed by the active solar heating system, consisting of a seasonal storage (87 m³), a flat plate collector field (64 m²) and a small cogeneration system (12.3 kWel). The thermal properties of the house and all its active components have been measured in detail.

I1 – Wagner & Co, first passive office building

1


1 ALGEMEEN Enkele jaren geleden gaf de firma Wagner & Co. groen licht aan het Passivhaus-Institut Darmstadt om een energieconcept uit te werken i.s.m. architektenkantoor Stamm uit Schweinsberg. In 1998 werd dan het eerste, volgens de passiefhuis-standaard gebouwde, kantoorgebouw door de firma Wagner Solartechnik GmbH te in gebruik genomen. De eerder in de passiefhuizen opgedane ervaring diende nog vertaald naar specifieke toepassing in kantoorbouw en grotere gebouwen met meerdere bouwlagen: →

het sterk isoleren, het koudebrugvrij bouwen, en het luchtdicht bouwen moesten hier in complexere omstandigheden worden gerealiseerd;

→

rationele productieprocessen voor gevel en dakstructuren dienden nog te worden ontwikkeld en ook het verzekeren van de gewenste luchtdichtheidsgraad op dergelijke grootte-orde stond nog in de kinderschoenen;

→

gezien

de

verschillende

gebruiksfuncties

(bureaus,

workshops,

cafetaria,...) ook diverse en specifieke eisen stellen inzake bouwen installatietechniek

(andere

omgevingstemperaturen,

ventilatiedebieten,...), heeft dit zowel impact op de eigenlijke installaties als op de regeltechniek; →

daarbij zijn de door mens en machine veroorzaakte interne warmtelasten merkelijke hoger dan in woningbouw en dient extra aandacht besteed aan brandnormen, akoestiek, daglichtniveau, keukenapparatuur (koelcel, oven, dampkap),...

Het project is heden op allerlei vlakken een interessant voorbeeld: het efficiënt gebruik van daglicht en kunstlicht, de toepassing van bodem-


2


lucht-warmtewisselaars, de toepassing van een hoge graad van isolatie, de innovatieve wijze van het gebruik van houtbouwsystemen, de nachtelijke koeling, het gebruik van een zonne-installatie en zonwering... Sedert het begin was duidelijk dat het gebouw zeer goed presteerde: de medewerkers juichten de goede luchtkwaliteit toe, de heldere lokalen en de aangenaam koele temperaturen in de zomer. De firma zelf is zeer tevreden met de openbare interesse voor het gebouw, waarmee een reclame-effekt voor de firma gepaard gaat. Het gebouw werd gedurende een lange periode gemonitord door de universiteit Marburg. Onlangs bevestigden bijkomende studies nog dat dit gebouw ook in zomersituaties uitmuntend presteert. Het gemeten energiegebruik voor verwarming (12,5 kWh/m2.jaar) stemt goed overeen met het berekende verbruik (11 kWh/m2.jaar), dat in eigen beheer via een zonne-installatie wordt geleverd. Het gebouw vergt minder dan 10% van wat anders gebruikelijk is voor verwarming; dit ten gevolge een hoog-efficiënte thermische isolatie en energietechniek. De bouwkosten bleken uiteindelijk vergelijkbaar te zijn met die van een normaal nieuw kantoorgebouw.

2 GEBOUWBENUTTING Het in een ontwikkelingsgebied van de gemeente Cölbe gelegen gebouw, huisvest de centrale beheersfuncties van het bedrijf Wagner & Co Zonnetechnologie GmbH. Behalve landschaps- en cellulaire kantoren voor de 40 werknemers omvat het project verder onder meer klaslokalen, een refter en de nodige ruimtes voor tentoonstellingen en workshop.

3 VORMGEVING/ ARCHITECTUUR Het rechthoekig grondplan werd aan de westzijde tot een halve cirkelvorm uitgebouwd. De langse gevels zijn zuid en noord georienteerd. De trap, de lift en de sanitaire ruimten vormen over alle verdiepingen een aparte ruimte-eenheid aan de noordzijde van het gebouw. Met een compactheid van 2.78 m heeft het gebouw een gunstige verhouding tussen warmteverliezend oppervlak en beschermd volume. De I1 – Wagner & Co, first passive office building

3


warmtedoorgangscoëfficiënten van de onderscheiden wanddelen overschrijden de maximum opgelegde U-waarde van 0.15W/m²K niet. De skeletstructuur en de betonnen grondplaat zijn integraal met thermische isolatie omhuld.

De gevels en het dak zijn opgebouwd uit geprefabriceerde lichte houtbouwelementen die volledig aan de buitenzijde van de dragende structuur zijn gelegen. De wanden zijn met minerale wol geïsoleerd tot 30cm; het dak tot 40cm. Het houten buitenschrijnwerk met polyurethaan thermische onderbreking heeft een U-waarde van 0,5 W/m²K. Het is uitgerust met drievoudige beglazing met edelgasvulling met dezelfde warmtedoorgangscoëfficient. Onder de volledige grondplaat werd een 24 cm dikke, dragende isolerende laag uit cellenglas isolatie geplaatst. Aan de randen sluit deze perfect aan met de gevelisolatie.


4


4 PASSIEVE WINSTEN Het warmteverlies doorheen het buitenschrijnwerk en de beglazing is kleiner dan de opbrengst aan passieve zonne-energie; zo ook in winter-situatie.


5

Jaarlijkse warmtebehoefte voor verwarming [kWh/jaar]


Zuid georiënteerde glas-oppervlakte [m²]

5 VERWARMING De energiebehoefte voor verwarming van zo’n 12,5 kWh/m².jaar wordt voor het grootste deel met zonne-energie geleverd.

De in de zomertijd op de ca. 65m² collectoroppervlakte invallende zonneenergie wordt bewaard voor de winter in een buffervat. Dit 85 m³ grote buffervat voor de seizoenopslag van zonne-energie krijgt een expressieve architecturale uitstraling. Het plaatselijk doorbreken van de tussenvloeren laat toe het buffervat ruimtelijk te ervaren en creëert ter zelfder tijd een vertikale schacht die in de zomer nachtelijke koeling door natuurlijke ventilatie mogelijk maakt.


6


Gezien op het einde van de zomerperiode de watertemperatuur is opgelopen tot 90 à 95°C, is een stevige isolerende mantel voorzien van 50cm dikte. De boiler is op drie niveaus aangesloten om een gelaagde lading en ontlading met optimale regelstrategie mogelijk te maken.

Op het dak werd gebruik gemaakt van grote geprefabriceerde kostenefficiënte collector-elementen. Het nog resterende deel van de energiebehoefte voor verwarming, dat niet door passieve en/of actieve zonne-winsten kan worden ingevuld, wordt opgewekt door een kleine warmtekrachtkoppelingsinstallatie (WKK). De door de motor opgewekte warmte levert ofwel aan het vat voor seizoensopslag ofwel rechtstreeks aan het warmteregister. Gelijktijdig dekt de installatie de basisbehoefte aan stroom voor de kantoorapparatuur, verlichting en diensten.


7


6 VENTILATIE De ventilatie-installatie is gedimensoineerd op maximaal één luchtwisseling per uur; toch leert enkele jaren gebruik van het gebouw dat 0.3 à 0,5 luchtwisselingen per uur hier voldoende is. De toe- en afvoer van de lucht zijn uitgebalanceerd zonder luchtrecirculatie. De luchttoevoer gebeurt ter hoogte van de buitenwanden; de afvoer in het centrale gedeelte via de technische ruimtes en het sanitair. Hoog-efficiënte warmtewisselaars recupereren het grootste deel van de energie uit de afgevoerde lucht en brengen meer dan 80% van de thermische energie naar de vers aangeleverde lucht over. De vers aangezogen buitenlucht wordt, vooraleer het de warmtewisselaar kan bereiken, vóórgeconditioneerd door een aardwarmtewisselaar. Deze bestaat uit 4 ca 35m lange, 150 cm diep in de grond gelegen, betonnen buizen met een diameter van 50 cm. De buizen liggen voor de helft onder het gebouw. De aardwisselaar verzorgt een vóórverwarming in wintersituatie en vóórkoeling in de zomer.

De geringe warmtevraag wordt niet beantwoord door een conventioneel verwarmingssysteem doch door een eenvoudige temperatuurstijging van de vers aangeleverde ventilatielucht. In de toevoerkanalen van de mechanische ventilatie zijn daartoe kleine verwarmingsregisters ingebouwd die per gebouwzone afzonderlijk kunnen worden geregeld. De beperkte


8


warmtebehoefte laat toe het benodigde aan te leveren zonder verhoging van de beperkte en noodzakelijke volumestroom voor hygiënische ventilatie.

7 ZOMERCOMFORT Het gebouw is niet uitgerust met een airconditioningsinstallatie met actieve koeling. De keuze voor het passiefhuis concept maakt het mogelijk een aanvaardbaar binnenklimaat te realiseren zonder energieverslindende, dure en complexe installaties. De vensters van de oost-, zuid- en westgevels werden aan de buitenzijde uitgerust met automatisch gestuurde zonneblinden.

Als de buitentemperatuur ’s nachts lager is dan de binnentemperatuur heeft het in contact brengen van ventilatielucht met de thermische massa van het gebouw, die overdag een teveel aan warmte buffert, een koelende werking. De ’s nachts ontladen buffer kan de volgende dag weer de warmtepieken van de buitentemperatuur afvlakken en de binnentemperatuur temperen. Indien nodig kunnen in zomersituatie ’s nachts bovenvensters in de gevel en dakventielen worden geopend via een automatische sturing. Aldus ontstaat door het principe van thermische trek, via de open vloeren rond de seizoensbuffer, een adequate nachtelijke koeling. De warmtewisselaar op de mechanische ventilatie kan worden kortgesloten door een by-pass.


9


8 ENERGIEBALANS Er werd een consequent energieconcept gerealiseerd. Het energieverbruik werd niet alleen drastisch verminderd door de thermische isolatie en warmteterugwinning, maar ook door de minimalisatie van de elektriciteitsbehoefte voor de diverse bouwdiensten, verlichting e.a.

Het berekende energieverbuik voor verwarming QH bedraagt 10,7 kWh per m² netto vloeroppervlakte per jaar (of 8.8 kWh per m² bruto vloeroppervlakte per jaar). Het resterend deel energiebehoefte voor verwarming, dat niet door passieve en/of actieve zonne-winsten wordt geleverd, bedraagt nauwelijks 5kWh/m².jaar. Dit wordt dan geleverd door de aardgasgestookte WKK. Het totale elektriciteitsverbruik voor verlichting en gebouwdiensten bedraagt ± 22 kWh/m².jaar. Bij het ontwerp werd het verbruik voor de specifieke gebruiksapparaten (zoals bureaumateriaal enz...) geraamd op 15 à 20 kWh/m².jaar (deze cijfers zijn gebaseerd op aannemelijke, doch zeker niet geminimaliseerde schattingen). Aangezien het bestaand gebouw, die zich naast dat passieve zonnekantoor bevindt, ook in de warmtelevering van de WKK werd omvat noteert deze zo’n 3.500 - 4.000 verrichtingsuren. Daardoor kan de installatie, met ongeveer 17.000 à 20.000 kWh een wezenlijke stroombijdrage leveren.


10


REFERENCES 8124 H700 08/99, Klaus Schweitzer Wagner & Co, Das Passiv-SolarHaus von Wagner & Co, Cölbe; Jürgen Schnieders, Passive Strategien zur sommerlichen Kühlung im Passiv-Bürogebäude Cölbe: Praxiserfahrungen und Simulationsergebnisse,Passivhaus Institut, Darmstadt; Energieeffiziente Bürogebäude, II/00, ISSN 1436-2066, BINE Informationsdienst, Bonn; Verwaltungsgebäude Wagner Solartechnik, BINE Portrait nr3 02/2000; http://www.wagner-solartechnik.de/passiv/b_passiv.html


11

Wagner & Co, first passive office building

Recommend Documents